摘要：本文以某型號飛（fēi）機螺（luó）旋槳軸的工藝編製為基礎，對該零（líng）件在車削（xuē）部分數控加工時工藝的安排、工裝的設（shè）定、刀具的（de）選定以及數控程（chéng）序的編製作了闡（chǎn）述。通過實踐驗證該零件工藝文件合理，並以該零件（jiàn）為主樣件建立零件（jiàn）族基礎庫，對加工類（lèi）似高（gāo）精度空心軸零件的CAPP和CAM有指（zhǐ）導意義（yì）。

     近年來由於數控設備的引進和推廣，給機械製造行業（yè）帶來了巨大的變（biàn）革。從（cóng）傳統的普通（tōng）機床（chuáng）加工轉換為先進的數控加（jiā）工，精度的保證不再是靠操作者手（shǒu）工控製。飛機螺旋槳（jiǎng）軸由於其使用性的需（xū）要，對機（jī）械加工精度和表麵質量均提出了較高要求，是數控車床加工的典型零件之一。在如何保證此類零件的精度方麵，作者結合苧曼工作提堂了一套行之（zhī）有效的數控加工方案，它為加工一係列高（gāo）精度空心軸結構的零件提供了一（yī）個理論與（yǔ）實踐的（de）參考。

     1 零件特性

     某飛機上的螺旋槳軸是一（yī）個高精度空心軸零件，零件簡圖（tú）如圖1所示（shì）。零件在（zài）工作過程中高速旋轉、受力複雜（zá），使用時對（duì）零件的動平衡和可靠性要求高。零件（jiàn）總長（zhǎng）為28mm，是一根階梯軸，外圓各處互為基準，圓跳動為0.025mm；內孔相對外圓基（jī）準的（de）跳動為0.05mm，跳動精度直接影響零件高（gāo）速旋轉過程中的穩定性（xìng）和可靠（kào）性。

     零件材料為（wéi）AMS6414(美國牌號)相當於40CrNiMoA，屬調質鋼，可以進行滲氮處（chù）理；在高強度時還有（yǒu）很高的韌性；淬透性高，鋼的焊接性差。冷變形塑性中等，通過高溫退火（huǒ）或等溫退火可以改善鋼的機械加工性能。在（zài）本產品工藝中（zhōng），材料經調質處（chù）理，處理後硬（yìng）度為(40~45)HRC。

     2 數控加工工藝（yì）過程（chéng）安排

從零件圖分析，製（zhì）定機械（xiè）加工工藝路線時必須考慮該零件（jiàn）的以下特征：

(1)空心軸，壁（bì）厚約10mm，用三（sān）爪卡盤直接裝夾將產生較大的夾緊變形；

(2)外圓加工時（shí）定位基準夾（jiá）持部位短，定位穩定性差；

(3)內孔的表麵粗糙度要求（qiú）高，內（nèi）孔相（xiàng）對外圓基準的跳動（dòng）精度高。

(4)孔的長徑比大，刀具振動大，易崩刀。

     如果采用普通機床加工，外圓表麵的加工路線：粗車—半精車—粗磨—精磨—精密磨削；內孔的（de）加工路線：粗鏜一半精鏜一粗磨一精磨—研磨。

     由於數控車（chē）床（chuáng）的引進（jìn），與普通的（de）車床、鏜床比較，它的加工範圍（wéi）和加工精度都有很大提高。經過對零件的技術分析和一段時間的生產試製，最終確定零件的（de）數控加工工藝，如表1所示。

     在數控車削過程中，為（wéi）能達到加工要求，保證產（chǎn）品質量，工藝人員設計（jì）了（le）一套適合精車外圓和半精鏜、精鏜內孔三道工（gōng）序的專用軟爪夾具，這套軟爪在加工過程中起到（dào）了重要的（de）作用。同時，為了能夠確保內（nèi）孔尺寸精度、圓跳動和表麵質量，對內孔加工刀具進行優選。

     3 內孔加工刀具（jù）的選用

     根（gēn）據零件的結構特點（diǎn），在零件的加工過（guò）程中，鏜孔刀具的選擇具有特殊性和典型性。最初工藝（yì）采用了肯納的減（jiǎn）振鏜杆與VDI-50螺栓壓緊式刀柄配合，由於鏜杆與刀柄之間存在一定間隙，鏜杆與（yǔ）刀（dāo）柄形成線（xiàn）接觸（chù），螺栓壓緊的穩定性較差，零件（jiàn）的孔徑比較大，加工時刀（dāo）具產生較（jiào）大振動（dòng），盡管對切削參數進行了多次調整，但加工精度仍難以達到設計要求，並且刀片壽命低。經過對振動現象的分析（xī），通過對各（gè）種刀杆（gǎn）的（de）試加工（gōng），發現刀柄（bǐng）的夾緊方式（shì）是引起振動的（de）主要原因之一，後在半精鏜（táng）內孔時采用了VDI-50彈性夾緊式刀柄（bǐng）(Split sleeve)俗稱（chēng）全包刀（dāo）柄如圖2所示。

     刀柄上有一彈性缺（quē）口，刀杆伸入刀柄後用螺栓夾緊刀柄，彈（dàn）性缺口（kǒu）收縮，刀（dāo）杆與刀柄之間形成麵接觸，刀具振動基本得到控製唧；精鏜內孔時采用整（zhěng）體式刀杆，如圖3所（suǒ）示，精加工精度能（néng）夠滿足設計（jì）要求，刀片壽命正常。螺栓壓緊式與彈性夾緊式刀柄加工產品效果，如表2所示。

      4 工序設計（jì）

      4.1 精車外（wài）圓工序的設計

      表1中25工序為精（jīng）車外圓，為（wéi）使（shǐ）設計基準與定位基準重合，定位采用夾持基準H靠基準麵A，利用（yòng）頂尖定位右端麵，如圖4所示，由（yóu）於（yú）右端（duān）錐孔中心線與外圓H的中心線的同軸度（dù）較差，由此產生的過定（dìng）位引起零件的圓度誤差明顯超差，加（jiā）工精度達（dá）不到設計要求。通過反複實驗和調整，將精車工序的加工工步最終確定（dìng）為：夾持基準H靠基準麵A定位，以(0.15—0.25)mm的吃刀深度精車靠近（jìn）右端的一段外圓(圖4中心支架定（dìng）位處)，用中心支架夾持這段外圓精加工（gōng）右端內孔和60°的定位錐度(圖4頂尖定位處)。通過以上兩個（gè）工步使右端錐孔中心線與外圓H中心線的同軸度達到重複（fù）定位的要求。鬆開中心架，頂上頂尖，精車外圓。

      4.2 鏜內孔工序的設計

      內孔加工方法對保證內孔（kǒng）相對外圓的跳（tiào）動有很大關係。表1中30工（gōng）序半精鏜采用分工步方式進（jìn）行，每個工步的進刀深度75mm。一次（cì）走刀的徑向吃刀（dāo）深度約1.25mm，采用恒線速度107m／min，限製最高轉（zhuǎn）速1120r／min，進給量0.254mm／r。根據（jù）加工段的孔徑大小決定走刀次數，每工步完成後，鏜（táng）刀完全退出，清理鐵屑，檢查刀片。根據內孔長度分若幹工步進行(見（jiàn）圖5、圖6)，實際加工中還（hái）應根據孔的大小深度（dù），機床冷卻情況等因素進行實時微量調整。

      表（biǎo）1中35工序精鏜，精鏜餘量（liàng）為0.5mm。精鏜之前采用恒線速度107rrgmim，限製最高轉（zhuǎn）速1120r／min，進給量0.125nm/r，吃刀深度0.127mm用精鏜刀光整內孔，以確（què）保0.5mm的精鏜餘量均勻。精鏜分三次走刀（dāo），第一刀吃刀深度為0．25ram，第二、三刀吃刀深度為0.1251rim，采用恒線速度107m／mira，限製最（zuì）高轉速（sù）1120r／min，進給量0.1mm／r，三次均由z軸的負方向向正方向（xiàng）走刀。此走刀方式與由z軸正方向向負方向（xiàng）進刀相比較，加（jiā）工（gōng）後的內孔表麵粗糙（cāo）度明顯前者（zhě）高於（yú）後者。因為正向進（jìn）刀時，團狀切屑在刀杆與已加工內孔表（biǎo）麵之間受到擠壓，容易刮傷已加工表麵，而由z軸的負方向向正方（fāng）向走刀時，切屑刮傷的為（wéi）待加工表（biǎo）麵，所（suǒ）以負向（xiàng）走刀可以提高加工表麵的質量。

      內孔表麵粗糙度要（yào）求（qiú）高時，支承方式不同對其的影響也不一樣。最初工序使（shǐ）用僅在軸中部軸頸處(圖1中Φ75.646~由Φ75.621處)用軟爪夾緊，由於工件為空心軸，夾持部分壁厚為10.023mm，剛度較低，夾緊力的著力點過於集中，工件產生相應變形，造成加工（gōng）誤差，如圖7所示。加工後工件的尺寸（cùn）精度（dù）及圓度均超出設（shè）計（jì）範圍；夾持長度較短，穩定性差，工件內孔表麵粗糙度在此加緊方式下隻能達到Ra3.2，零件內孔的（de）表麵粗糙度設計要求為Ra0.8。為了保（bǎo）證產品的加工質量，本工序使用（yòng）專（zhuān）用的軟爪，軟爪在大端法蘭和軸中部直徑處同時夾緊，如圖8所示，夾持長度的（de）增加提高了夾緊的穩定性，同時（shí）使夾（jiá）緊力分散，消除工件的夾緊變形。在采（cǎi）用相同的刀具和切削參數的情況下，采用專（zhuān）用的軟爪夾緊加工可以穩定保證內（nèi）孑L的加工精度及表麵粗糙度要求。

      5 程序編製

     5.1 程序編製背景

     產品的精車、半精鏜（táng）、精鏜工序是在德國Boehringer公司進口的VDF315 NC LATHE上完成的。機床（chuáng）的數控係統為FANUC-15Bm，它功能全。界麵簡單，程序可由電腦編程（chéng）、模擬後通過串口傳人數控設備。編程軟（ruǎn）件用的是（shì）15.0版本的（de）UG刑（xíng）nigraphics)，編程時先根據生成的（de）刀軌輸出一個（gè）CLSF刀位原（yuán）文件（jiàn），經（jīng）後置處理器生（shēng）成機床數控係統能識別的G代碼。後置處理器有一個問答（dá）式的（de）設置（zhì）文件，可根（gēn）據（jù）機床數控係統（tǒng）的類別和機床的（de）結構、功能進行設（shè）置。對生成的刀軌，UG具有在屏幕上演示加（jiā）工軌跡的功能。為（wéi）檢查是否有幹涉產生，還可將刀具模型畫出（chū）來按加工軌跡進行三維虛擬加工演示。

      5.2 數（shù）控程序的編製和零件族基礎庫

     在整個零件的加工過程中，機械加工工序都是在數控車床上完成的，數控程序編製能否滿足產品設計要求，是否安全、適用（yòng）十分重要。

     在公司生產的（de）產品中，高（gāo）精度空心軸是一種典型的零件。零件及專用軟爪在加工時都是在同一數控設備上進行。為了能夠適合不同尺寸要求的同類產品加工（gōng），以該零件為設計主樣件建立一個空心軸零件族基礎庫。

     零（líng）件在數控程（chéng）序編製過程中其關鍵之一是試切程序的編製。因為刀具（jù）受機床對刀係統精度的影響，對刀（dāo）後不作調（diào）整加工（gōng）出來的尺（chǐ）寸（cùn）與程序裏的名義尺寸總存在千分之幾毫米的誤差。因此，必須采用先試切，然後（hòu）測（cè）量出誤差，再把測量得到的誤差輸入到刀具半徑補（bǔ）償和長度補償，以（yǐ）保證最終（zhōng）尺寸得到有效控製。試切時的所有條件(如餘量和切削參數等)都要與最後精加工時保持（chí）一致，以消除這些因（yīn）素對加工（gōng）精度的影響。每一批產品（pǐn）的（de）首件都（dōu）應（yīng）進行（háng）試切，後續產品加工時可以可跳讀試切程序。對尺寸公差小的關鍵尺寸，在最終精加工（gōng）之前程序中應設置退刀和暫停指（zhǐ）令，以便工人測量尺寸，按需要調整刀具半徑（jìng）補償和長度補償。外圓車刀的試切可加工一（yī）段外圓直徑和一個端麵，以分別調整徑向和軸向的刀具補值，在試切（qiē）程序模塊的（de）基礎庫中外（wài）圓直徑和z向長度尺寸是關（guān）鍵參數。建立基礎庫後，隻要將新的參數輸入到基礎庫中的模塊化工藝流程，由工藝流程（chéng）將（jiāng）新的參數傳遞到原有的數控模塊化程（chéng）序中，即可產生新零件的試（shì）切程序（xù）。本零件（jiàn）外圓精車刀（dāo）(5#)的試切程序略(程（chéng）序（xù）內各參數單位采用英製)。

     6 結束語

     通過對螺旋槳軸關鍵（jiàn）尺寸的分析，製定了一套合理的數控加工工藝，為關鍵工序設計了適用的夾具、精選（xuǎn）了刀（dāo）具（jù）。該零件的數控工（gōng）藝通過生產實踐，已經驗證其可行性，產品合格率達到99％。同時，以該產品為主樣件建立的零件族基礎庫，使加工同類零件時減少了重複工作，縮短工作時間，提高生（shēng）產效率 。